CN109678362B - 一种离子扩散着色剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于玻璃制品制造技术领域，具体涉及一种离子扩散着色剂及其应用。本发明采用熔盐浸渍法，将经高温退火处理的玻璃原片或玻璃制品，浸渍于由银盐与其他多种盐混合而成的熔盐中，降低离子扩散着色过程的能耗，使Ag离子可以有效地与玻璃中原有的Na和K离子扩散，获得黄色与棕红色着色玻璃片或玻璃制品。本着色方法操作简单，对器皿材质无特殊要求，可同时对不同形状不同大小、材质的玻璃片及玻璃制品进行着色。实验过程中温度较低，有利于降低能耗，减低生产成本，着色效果优异。

Description

一种离子扩散着色剂及其应用
技术领域
本发明属于玻璃原片或者玻璃制品制造技术领域，具体涉及一种离子扩散着色剂及其应用。
背景技术
目前有色玻璃最广泛的制备方法有玻璃表面扩散着色和辐射着色两种，与辐射着色相比，玻璃表面扩散着色能使玻璃制品内外表面形成持久不易褪色的颜色，透明性较好，生产工艺灵活多变，着色剂用量低，节约生产成本。玻璃表面扩散着色的方法有：表面颜色涂层着色，表面离子扩散着色和表面染色法着色，与涂层和染色法着色相比，表面离子扩散着色法着色玻璃时，离子进入玻璃结构，不易磨损和脱落，化学稳定性好，不易褪色且透明性好，与整体玻璃浑为一体。离子扩散着色又分为玻璃表面涂抹浆料高温烧结法和熔盐浸渍法。而玻璃表面涂抹浆料高温烧结法与熔盐浸渍法相比，存在缺点如下：玻璃表面涂抹浆料高温烧结法对表面浆料的厚度和均匀度要求较为严苛，浆料的粒度大小直接影响表面涂抹均匀性，导致离子扩散效果不好，影响着色的过程和效果。且表面烧结温度较高，容易造成玻璃软化变形。熔盐浸渍法着色，即把玻璃及玻璃制品浸泡在高温熔融均匀的熔盐中，在一定的反应气氛中保温一段时间后取出，进行简单的表面清洗和烘干后即可获得相应的颜色玻璃。因此，使用熔盐浸渍法进行玻璃表面离子扩散着色是一种良好的着色方法。
在玻璃表面用金属离子扩散着色的方法由来已久，但实际应用技术还不完善。最早在1460年国外最先用银扩散的方法将窗玻璃着成黄色，15世纪用此法制橙黄色格子玻璃。1908年罗森哈尼在《玻璃制造》一书中将银黄扩散着色与配料中加入银的化合物的整体着色相比，认为银黄扩散着色更有意义。通常使用的有铊、银、铜等或它们的混合离子。实施的方法是将含有上述离子的扩散剂粘附在玻璃表面，对玻璃加热使其表面活化，以便扩散剂中的着色离子与玻璃中的碱离子进行扩散，然后在氧化或还原气氛下处理，使之显色。银的离子半径较小，色调变化范围较宽，因此应用最为广泛。该种实施方法需要两次热处理过程，首次热处理使银离子扩散入玻璃夹层，然后再次在还原条件下进行热处理，目的是使渗入玻璃的银离子还原为银原子并聚集为微晶状的胶体态显色。影响银离子扩散着色的因素有很多：1）银盐的选择，无论使用何种银盐，在与玻璃中的碱离子扩散时，都必须还原成一价银离子，才能进入玻璃；2）熔盐的温度、离子交换的时间和反应气氛，以及玻璃的组成对银碱离子扩散速度和玻璃最终显示的颜色都有直接影响。
而本发明采用熔盐浸渍法着色，通过改变熔盐中着色成分的组成配比，使用两种或两种以上熔盐混合，操作方法简单易行，可容易获得着色均匀的浅黄色与棕红色玻璃。且对于玻璃制品均适用，对玻璃制品的厚度、成分和形状无特殊要求。可同时进行不同形状的玻璃制品着色，降低了离子扩散着色过程中的能耗，降低了生产成本且增强了产品表面的抗刮性能，有利于量产的实施。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种离子扩散着色剂及其应用。本发明通过将玻璃片或玻璃制品浸渍于硝酸银与硝酸钾和硝酸钠等混合的熔盐中，可在较低的浸渍温度下进行离子扩散着色，减少玻璃及玻璃制品的变形。降低着色过程中的能耗，有利于降低生产成本便于量产，且在玻璃表面获得均匀且抗刮的着色层。
为实现本发明的目的，采用如下技术方案：
一种玻璃制品表面离子扩散着色剂，包含0.1wt%~22wt%的银盐，78wt%~99.9wt%的钾盐，0~20wt%的钠盐，各组分质量分数之和为100%。
进一步的，所述的着色剂包含0.2wt%~5wt%的银盐，95wt%~99.8wt%的钾盐，0~4.8wt%的钠盐，各组分质量分数之和为100%。
所述的银盐为硝酸银，所述的钾盐为硝酸钾，所述的钠盐为硝酸钠。
进一步的，所述的玻璃制品表面离子扩散着色剂为混合熔盐。
一种利用如上所述的着色剂对玻璃制品表面离子扩散着色的方法，包括以下步骤：
1）将玻璃原片或玻璃制品表面经清洁处理后，放入相应的篮具中，后置于高温退火炉中，进行高温预热处理；
2）然后迅速将玻璃原片或玻璃制品转移到熔融的着色剂熔盐中，在350℃~450℃进行离子扩散1~900min；
3）取出玻璃片或玻璃制品，置于高温退火炉中，在0.5h内从300℃降温至室温温度后，取出玻璃片或玻璃制品；
4）玻璃原片或玻璃制品经清洗烘干或自然晾干后，获得有色玻璃成品。
步骤1）所述的清洁处理为：使用蒸馏水和酒精清洁玻璃原片或玻璃制品表面或超声波清洗表面并烘干。
步骤1）所述的高温退火处理为：将玻璃原片或玻璃制品在0.5h内从室温升温至250℃-300℃；
步骤2）为将玻璃原片或玻璃制品转移到熔融的着色剂熔盐中，在360℃~420℃进行离子扩散10~900 min。
步骤1）所述的玻璃原片或玻璃制品其组成为：SiO2 59wt%-65wt%，Al2O3 11.9wt%-13wt%，Na2O 16wt%-18.5wt%，B2O3 0wt%-1wt%，K2O 2.8wt%-3.3wt%，MgO 2wt%-6wt%，以上组分质量分数之和为100%；其中m(B2O3+Na2O+K2O)/m（Al2O3）＞1；m(Na2O+K2O)/m( Al2O3+MgO)＞1。
本发明与现有技术比较具有以下优点：
1)本发明通过熔盐浸渍法实现Ag离子玻璃表面扩散着色，使用硝酸钾和硝酸钠与硝酸银混合，降低了离子扩散的温度；熔盐中半径较大的钾离子，以离子扩散方式将玻璃表面的钠离子置换出来，此时，具有较大离子半径的钾离子取代玻璃表面体积较小的钠离子的位置，由于离子体积差异于是在玻璃表面形成一定的压应力，更有利于银离子快速进入玻璃内部。经过退火处理后，热处理使银离子扩散入玻璃夹层，在硝酸盐分解的还原性气体条件下进行热处理，目的是使渗入玻璃的银离子还原为银原子并聚集为微晶状的胶态显色。不需要通过二步气氛还原就可以获得浅黄色与棕红色着色玻璃，降低了生产成本和生产工序；
2)对盛放熔盐的器皿材质、玻璃及玻璃制品的形状、厚度无要求；
3)本发明着色工艺着色效果优异，操作上简单易行，易于工业化大批量生产。
4)本发明利用银离子与玻璃内部碱金属进行离子交换，引入着色离子，在不损害玻璃的表面的前提下，在（380-780）nm可见光范围内，亮度值均大于60%以上，着色均匀，透明性较好，化学稳定性也与基体玻璃相同，且着色剂用量低，节约成本。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
一种玻璃制品表面离子扩散着色剂，包含0.1wt%~22wt%的银盐，78wt%~99.9wt%的钾盐，0~20wt%的钠盐，各组分质量分数之和为100%。
进一步的，所述的着色剂包含0.2wt%~5wt%的银盐，95wt%~99.8wt%的钾盐，0~4.8wt%的钠盐，各组分质量分数之和为100%。
所述的银盐为硝酸银，所述的钾盐为硝酸钾，所述的钠盐为硝酸钠。
进一步的，所述的玻璃制品表面离子扩散着色剂为混合熔盐。
一种利用如上所述的着色剂对玻璃制品表面离子扩散着色的方法，包括以下步骤：
1）将玻璃原片或玻璃制品表面经清洁处理后，放入相应的篮具中，后置于高温退火炉中，进行高温预热处理；
2）然后迅速将玻璃原片或玻璃制品转移到熔融的着色剂熔盐中，在350℃~450℃进行离子扩散1~900min；
3）取出玻璃片或玻璃制品，置于高温退火炉中，在0.5h内从300℃降温至室温温度后，取出玻璃片或玻璃制品；
4）玻璃原片或玻璃制品经清洗烘干或自然晾干后，获得有色玻璃成品。
步骤1）所述的清洁处理为：使用蒸馏水和酒精清洁玻璃原片或玻璃制品表面或超声波清洗表面并烘干。
步骤1）所述的高温退火处理为：将玻璃原片或玻璃制品在0.5h内从室温升温至250℃-300℃；
步骤2）为将玻璃原片或玻璃制品转移到熔融的着色剂熔盐中，在360℃~420℃进行离子扩散10~900 min。
实施例1-7
一种玻璃制品表面离子扩散着色剂，其组成如表1所示。
一种玻璃制品表面离子扩散着色方法，具体步骤为：
1）将玻璃片或玻璃制品表面经蒸馏水和酒精清洁处理后，置于高温退火炉中，在0.5h内从室温升温至260℃；
2）然后迅速将玻璃片或玻璃制品转移到熔融的混合熔盐中，在360℃~420℃（浸渍温度）进行离子扩散10~900min（浸渍时间）；
3）取出玻璃片或玻璃制品，置于高温退火炉中，在0.5h内从300℃降温至室温后，取出玻璃片或玻璃制品；
4）玻璃片或玻璃制品经清洗烘干后，获得有色玻璃成品。
表1为不同混合物熔盐实施例
Figure DEST_PATH_IMAGE002
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (1)

1.一种利用着色剂对玻璃表面离子扩散着色的方法，其特征在于：所述的着色剂包含0.1wt%~22wt%的银盐，78wt%~99.9wt%的钾盐，2~20wt%的钠盐，各组分质量分数之和为100%；所述的银盐为硝酸银，所述的钾盐为硝酸钾，所述的钠盐为硝酸钠；
所述利用着色剂对玻璃表面离子扩散着色的方法，包括以下步骤：
1）将玻璃原片或玻璃制品表面经清洁处理后，放入相应的篮具中，后置于高温退火炉中，进行高温预热处理；
2）然后迅速将玻璃原片或玻璃制品转移到熔融的着色剂熔盐中，在350℃~380℃进行离子扩散1~900min；
3）取出玻璃原片或玻璃制品，置于高温退火炉中，在0.5h内从300℃降温至室温后，取出玻璃原片或玻璃制品；
4）玻璃原片或玻璃制品经清洗烘干或自然晾干后，获得有色玻璃成品；该有色玻璃在380-780nm可见光范围内，亮度值均大于60%；
步骤1）所述的清洁处理为：使用蒸馏水和酒精清洁玻璃或超声波进行表面清洗并烘干；
步骤1）所述的高温预热处理为：将玻璃原片或玻璃制品在0.5h内从室温升温至250-300℃；
步骤1）所述的玻璃原片或玻璃制品的组成为：SiO2 59wt%-65wt%，Al2O3 11.9wt%-13wt%，Na2O 16wt%-18.5wt%，B2O3 0wt%-1wt%，K2O 2.8wt%-3.3wt%，MgO 2wt%-6wt%，以上组分质量分数之和为100%；其中m(B2O3+Na2O+K2O)/m(Al2O3)＞1；m(Na2O+K2O)/m( Al2O3+MgO)＞1。
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